velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

Истоки

Дарвин честно признавался:
он не может дать ответ на вопрос, почему
в ископаемой летописи старше приблизительно
полумиллиарда лет не найдено никаких
следов живых созданий. Позже наука
нашла свидетельства жизни на 3 миллиардов
лет старше. Но живое отделилось от
неживого ранее, и ощутимых следов
этого действия, похоже, не существует






Вот поэтому таинство
появления жизни, которое не может
быть исследовано на ископаемых материалах,
является предметом теоретических и
экспериментальных изысканий и неувязкой
не столько био, сколько
геологической. Можно смело сказать:
истоки жизни находятся на другой планетке.
Идело совсем не в том, что 1-ые
био существа были принесены
к нам из космоса (хотя подобные догадки
и дискуссируются). Просто та, ранешняя Земля
была сильно мало похожа на сегодняшнюю.



Прекрасная метафора
для осознания сути жизни принадлежит
известному французскому естествоиспытателю
Жоржу Кювье, который уподобил живой
организм смерчу. И по правде, торнадо
имеет огромное количество признаков, роднящих
его с живым организмом. Он поддерживает
определенную форму, движется, вырастает,
что-то вбирает в себя, что-то выбрасывает
и это припоминает обмен веществ. Смерч
может раздваиваться, другими словами вроде бы
плодиться, и в конце концов, он конвертирует
среду. Но живет он только до того времени, пока
дует ветер. Иссякнет поток энергии – и
смерч утратит и форму, и движение. Потому
главным вопросом исследования биогенеза
является поиск того потока энергии,
который смог «завести» процесс
био жизни и обеспечил первым
метаболическим системам динамическую
стабильность, подобно тому как ветер
поддерживает существование торнадо.


Животворящие «курильщики»


Одна из групп имеющихся
сейчас гипотез рассматривает в качестве
колыбели жизни жаркие источники на
деньке океанов, температура воды в каких
может превосходить сотку градусов. Подобные
источники есть и до настоящего времени в
районе рифтовых зон океанического дна
и именуются «черными курильщиками».
Перегретая выше точки кипения вода
выносит из недр растворенные до ионной
формы минералы, которые нередко здесь же
оседают в виде руды. На 1-ый взор
эта среда кажется смертельной для хоть какой
жизни, но уже там, где вода охлаждается
до 120 градусов, живут бактерии – так
именуемые гипертермофилы.



Выносимые на поверхность
сульфиды железа и никеля образуют на
деньке преципитат пирита и греигита
осадок в виде пористой шлакообразной
породы. Некие современные ученые,
к примеру Майкл Рассел, выдвинули догадку
о том, что конкретно эти насыщенные
микропорами (пузырьками) породы стали
колыбелью жизни. В микроскопичных
пузырьках могли формироваться
ирибонуклеиновые кислоты, и пептиды.
Пузырьки, таким макаром, становились
первичными катаклавами, в каких ранешние
метаболические цепочки обособились и
перевоплотился в клеточку.


Догадка о происхождении
жизни в жарких источниках увлекательна
не только лишь версией происхождения клеточки,
ее физического обособления, да и
возможностью нащупать энергетическую
первооснову жизни, навести исследования
в область процессов, которые описываются
не столько языком химии, сколько определениями
физики.



Так как океаническая
вода более кислая, а в гидротермальных
водах и в поровом пространстве осадка
более щелочная, появлялись разности
потенциалов, что очень принципиально для
жизни. Ведь все наши реакции в клеточках
по собственной природе химические.
Они связаны с переносом электронов ис
ионными (протонными) градиентами, которые
вызывают перенос энергии. Полупроницаемые
стены пузырьков игрались роль мембраны,
поддерживающей этот химический
градиент.




Драгоценность в белковом
футляре


Разница сред – ниже
дна (где сверхгорячей водой растворяются
породы) и выше дна, где вода остывает,
также делает разность потенциалов,
результатом которой является активное
перемещение ионов и электронов. Такое
явление даже получило заглавие
геохимической батареи.


Не считая подходящей среды
для образования органических молекул
иналичия энергетического потока, есть
очередной фактор, позволяющий считать
океанские гидротермы более возможным
местом зарождения жизни. Это металлы.


Жаркие источники
находятся, как уже говорилось, в рифтовых
зонах, где дно раздвигается и близко
подходит жгучая лава. Вовнутрь трещинок
просачивается морская вода, которая потом
выходит назад в виде раскаленного
пара. При большом давлении и больших
температурах базальты растворяются,
как сладкий песок, вынося наружу
неограниченное количество железа, никеля,
вольфрама, марганца, цинка, меди. Все
эти металлы (и некие другие) играют
колоссальную роль вживых организмах,
так как имеют высочайшие каталитические
характеристики.

Реакции в наших живых
клеточках управляются ферментами. Это
достаточно огромные белковые молекулы,
которые наращивают быстроту реакции
по сопоставлению с схожими реакциями вне
клеточки время от времени на несколько порядков. И
что любопытно, всоставе молекулы фермента
на тыщи и тыщи атомов углерода,
водорода, азота и серы тотчас приходится
всего 1–2 атома металла. Но если эту пару
атомов вынуть, белок перестает быть
катализатором. Другими словами впаре «белок–металл»
конкретно последний оказывается ведущим.
Для чего же нужна тогда большая молекула
белка? С одной стороны, она манипулирует
атомом металла, «прислоняя» его кместу
реакции. Асдругой стороны, она его
сберегает, защищает от соединений с другими
элементами. И в этом есть глубочайший смысл.
Дело в том, что многие из числа тех металлов,
что были в обилии на ранешней Земле,
когда кислорода не было, и на данный момент
доступны – там, где кислорода нет.
К примеру, в вулканических источниках
много вольфрама. Но как этот
металл выходит на поверхность, где
встречается с кислородом, то здесь же
окисляется и оседает. То же происходит
с железом и другими металлами. Таким
образом, задачка большой белковой молекулы
сохранить металл активным. Все это
наводит на идея, что конкретно металлы
первичны в истории жизни. Появление
белков было фактором сохранения первичной
среды, в какой металлы либо их обыкновенные
соединения сохраняли свои каталитические
характеристики, и обеспечило возможность их
действенного использования в биокатализе.



Водород как валюта

К древнему типу
ферментов относятся гидрогеназы, которые
катализируют простейшую из хим
реакций – обратимое восстановление
водорода из протонов и электронов. А
активаторами этой реакции являются
железо и никель, которые в обилии
присутствовали на ранешней Земле. Много
было и водорода – он выделялся при
дегазации мантии. Конкретно водород, похоже,
был основным источником энергии для
самых ранешних метаболических систем.
Ведь и в нашу эру подавляющее большая часть
реакций, осуществляемых микробами,
содержат в себе деяния с водородом.
Как первичный источник электронов и
протонов водород составляет базу
энергетики бактерий, являясь для их
кое-чем вроде энергетической валюты.



Жизнь зарождалась в
бескислородной среде. Переход к дыханию
кислородом добивался конструктивных
преобразований метаболических систем
клеточки, чтоб минимизировать активность
этого брутального окислителя. Адаптация
к кислороду появлялась сначала в
ходе эволюции фотосинтеза. Ранее же
основой энергетики живого был водород
и его обыкновенные соединения – сероводород,
метан, аммиак. Но это, возможно, не
единственное хим отличие
современной жизни от ранешней.



Запасливые уранофилы


Может быть, самая ранешняя
жизнь не имела того состава, который
имеет сегоднящая, где в качестве базисных
частей преобладают углерод, водород,
азот, кислород, фосфор, сера. Дело в том,
что жизнь предпочитает более легкие
элементы, с которыми проще «играть». Но
эти легкие элементы имеют небольшой
ионный радиус и делают очень крепкие
соединения. А жизни этого-то и не нужно.
Ей нужно уметь эти соединения просто
расщеплять. На данный момент у нас для этого есть
огромное количество ферментов, но на заре жизни
их еще не было. Пару лет
вспять мы высказали предположение, что
у неких из этих 6 главных
частей живого (макроэлементы C, H, N,
O, P, S) были более томные, да и более
«удобные» предшественники. Заместо серы
в качестве 1-го из макроэлементов,
вероятнее всего, работал селен, который
просто соединяется и просто диссоциирует.
Место фосфора по той же причине, может быть,
занимал мышьяк. Недавнешнее открытие
микробов, которые употребляют мышьяк
заместо фосфора в собственных ДНК и РНК, увеличивает
наши позиции. При этом все это справедливо
не только лишь для неметаллов, да и для
металлов. Совместно с железом и никелем в
процессе становления жизни значительную
роль играл вольфрам. Корешки жизни, таким
образом, нужно, возможно, уводить в низ
таблицы Менделеева.

Для доказательства либо
опровержения гипотез об изначальном
составе био молекул нам стоит
направить пристальное внимание на
микробов, живущих в необыкновенных средах,
может быть отдаленно напоминающих Землю
в стародавние времена. К примеру, не так давно
японские ученые изучили один из
видов микробов, обитающих в жарких
источниках, и нашли в их слизистых
оболочках урановые минералы. Зачем
бактерии их копят? Может быть, уран
имеет для их какую-то метаболическую
ценность? К примеру, употребляется
ионизирующий эффект радиации. Есть
другой узнаваемый пример – магнитобактерии,
которые есть в аэробных критериях,
в относительно прохладной воде, и копят
железо в виде кристалликов магнетита,
обернутых в белковую мембрану. Когда
железа в окружающей среде много – они
сформировывают эту цепочку, когда железа нет
они его растрачивают и «сумочки» становятся
пустыми. Это очень похоже на то, как у
позвоночных скапливается жир в качестве
энергетического припаса.


На глубине 2–3 км, в
плотных осадках, оказывается, тоже живут
бактерии и полностью обходятся без кислорода
и солнечного света. Такие организмы
обнаружены, к примеру, в урановых шахтах
Южной Африки. Питаются они водородом,
и тут его довольно, так как
уровень радиации так высок, что
вода диссоциируется на кислород и
водород. Генетических аналогов на
поверхности Земли у этих организмов не
найдено. Где же эти бактерии
сформировались? Где их праотцы? Поиск
ответов на эти вопросы становится для
нас реальным путешествием во времени
к истокам живого на Земле.



Создатель – академик РАН,
директор Геологического института РАН





Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments